Spectre complet d’Uranus commenté

La spectroscopie est une puissante technique d’analyse de la lumière des astres. Elle permet d’obtenir des informations sur la quantité de lumière émise, sur leur composition chimique… Voici un spectre à basse résolution d’Uranus, commenté de façon pédagogique !

Ce spectre a été obtenu le 9 décembre 2018 à l’aide d’un Star Analyzer 100. Il s’agit d’un réseau à très faible résolution conçu pour obtenir un aperçu rapide du spectre des étoiles. Pour le traitement complet, j’ai acquis peu de temps après un spectre d’une étoile de type solaire, HD9986, dans les poissons. Cette étoile a exactement le même type spectral que le Soleil : G2V (G signifie étoile jaune, 2 est la classe de luminosité (de 0 à 9) et V désigne le stade d’évolution stellaire, ici une étoile de la séquence principale).

Pour des raisons techniques (la partie infrarouge du premier spectre transmis par le réseau est mélangée à la partie bleue du spectre suivant), les deux cibles ont fait l’objet de deux prises de vue, une avec le SA100 seul, et une deuxième avec le filtre infrarouge Baader 685, afin d’éviter le mélange infrarouge/bleu. Les deux transmissions ont ensuite été soudées ensemble pour reconstituer un spectre complet qui couvre l’ensemble de la plage de sensibilité d’une caméra amateur. Voici une image des deux (quatre) spectres bruts (cliquez dessus pour voir l’image en pleine résolution) :

La raison pour laquelle un spectre de cette étoile a été obtenu en parallèle, c’est que la lumière des objets du système solaire est avant tout… la lumière du Soleil réfléchie par l’astre. Ce deuxième spectre est nécessaire, dans une première étape, pour retirer la composante solaire du spectre de l’objet, ici Uranus. Pour cela on divise le spectre brut de la planète par le spectre brut de l’étoile. La courbe obtenue s’appelle la réflectance, ou encore l’albédo : elle calcule la capacité d’Uranus à réfléchir la lumière du Soleil en fonction de la couleur :

La lecture est simple : plus la courbe est haute, et meilleure est la réflectance. On voit ici qu’Uranus semble réfléchir très bien le bleu et le vert, mais beaucoup moins bien le rouge et l’infrarouge. Si on compare cette fois le spectre d’Uranus, mais sans retirer la composante solaire, avec le spectre de l’étoile, on comprend mieux ce qui se passe :

Comme l’atteste la réflectance presque parfaite de la planète en bleu/vert, la courbe de lumière reçue des deux astres est largement identique dans ces deux couleurs. C’est la partie intitulée « réflexion », sur le graphique. Mais en rouge et infrarouge, on voit que la courbe de lumière d’Uranus est bien moins intense que celle de l’étoile. Dans ces deux couleurs, la lumière du Soleil est surtout absorbée par l’atmosphère de la planète. C’est la raison pour laquelle Uranus nous apparaît de teinte bleu/vert à l’oculaire.

Voici enfin le spectre complet de la planète tel que nous le recevons dans le télescope, simplement corrigé de la réponse de la caméra et de l’absorption atmosphérique globale. Ce spectre est donc la lumière du Soleil inégalement réfléchie par l’atmosphère d’Uranus, et absorbé en certains endroits par l’oxygène et l’eau de notre propre atmosphère. Ces dernières bandes sont trop absorbées par Uranus pour être clairement visible dans son spectre, mais il est possible de les retrouver facilement sur celui de l’étoile du graphique précédent (en particulier la très forte bande O2 à 7605 Angströms). Il y a encore quelques bandes que je n’ai pas réussi à identifier, notamment celle à 7900/8000. Si quelqu’un a la réponse…

Bandes solaires : Calcium, bande G (méthylidyne), Magnésium. D’autres bandes sont présentes mais ne sont visibles qu’en haute résolution (comme H Alpha)
Bandes terrestres : Molécules d’eau et d’oxygène
Bandes planétaires : Méthane (CH4)